Геофизические методы исследования Модуль Электроразведка

Июль 22, 2022

Главная
Физика
Геофизические методы исследования Модуль Электроразведка

Содержание

2. Свойства пород Аномалии в электроразведке возникают под влиянием различий в электрических свойствах пород. Этих свойств несколько,
3. Удельное электрическое сопротивление Горная порода это неоднородная среда. Она состоит из твердых частиц (1), из влаги
4. Влияние пористости Если сопротивление твердой фазы очень высокое, то оно мало влияет на общее сопротивление породы.
5. Влияние влажности Чем больше влажность, тем меньше сопротивление грунта, но есть еще влияние литологии (состава) грунта.
6. Высота капиллярного поднятия или мощность капиллярной каймы
7. Формула В.Н.Дахнова РП – параметр пористости, РВ – параметр влажности, РГ – параметр глинистости, РТ –
8. Сопротивление воды от солености и от состава соли Смена соли может до 30 раз поменять сопротивление
9. Воды России по И.Н.Модину
10. Глинистость, как точная наука Палетка А.А.Рыжова Палетка – это зависимость сопротивления грунта (смеси песка и глины)
11. Пористость зернистых грунтов Зернистые (рыхлые) породы часто встречаются в верхней части разреза -ВЧР. У них бывают
12. Пористость в двухкомпонентной модели А.А.Рыжова (песок и глина) K = (Kпп - Gv ) + Кпгл
13. Сопротивление от глинистости
14. Глинистость Классификация рыхлых грунтов по их глинистости (варианты)
15. Зависимость УЭС от температуры где ρt - удельное сопротивление при температуре t°C, ρ18,20,25 - удельное сопротивление
16. Зависимость УЭС от температуры Температура выше – сопротивление ниже, примерно 2% на каждый градус. Переходить через
17. Зависимость УЭС от температуры при замерзании горных пород >50% территории России находится в зоне многолетней мерзлоты.
18. Удельное электрическое сопротивление горных пород R = ρ · l / s Как его измерить? Образец
19. Измерение сопротивления в небольшом резистивиметре Сложная форма, не куб и не цилиндр, но сосуд можно калибровать
20. Такие резистивиметры можно найти и купить в России
21. Таблица электрических свойств воды предельно допустимых для человека и животных Из книги Dr. R. I. Acworth.
22. Подавляющее большинство рудных минералов обладает высокой проводимостью (электронной), только их мало. Магматические и галогенные породы имеют
23. Области высокой эффективности электроразведки (контраст) Поиски и разведка руд (электронные проводники) Картирование глин (за счет прочносвязанной
24. Диэлектрическая проницаемость Диэлектрическая проницаемость ε показывает во сколько раз уменьшается сила взаимодействия электрических зарядов при переносе
25. Относительная диэлектрическая проницаемость породообразующих минералов
26. Таблица диэлектрической проницаемости горных пород 1 – сухие породы 2 - естественная влажность 3 – полное
27. Когда влияет ε? Волновое число, комплексная величина, состоит из двух частей, в одну входит σ, в
28. Естественная поляризация горных пород. Естественная электрохимическая активность α В первом предложении обозначено явление, а во втором
29. Окислительно-восстановительные потенциалы Верхняя часть рудного тела в зоне окисления заряжается отрицательно Нижняя часть рудного тела в
30. Происхождение диффузионно –адсорбционных потенциалов Ионы, имеющие разные заряды и размеры, движутся с разной скоростью (подвижностью). В
31. Происхождение фильтрационных потенциалов При движении воды по тонким капиллярам происходит деформация двойного электрического слоя Формула Гельмгольца
32. Заключение по методу ЕП Метод ЕП - самый старый метод электроразведки. В первый период метод применяли
33. Вызванная электрохимическая активность или поляризуемость η Это свойство применяется в методе вызванной поляризации (ВП). Возникает в
34. Магнитная проницаемость горных пород B = μ H В – магнитная индукция - реальная сила, которая
35. Магнитная восприимчивость - κ μ = μотн μ0 = (1+κ) μ0, κ - 10-5 - 10-3
37. Скачать презентацию

Слайд 2

Свойства пород
Аномалии в электроразведке возникают под влиянием различий в электрических свойствах

пород. Этих свойств несколько, считается что их 5, и они обозначаются греческими буквами:
ρ - удельное электрическое сопротивление;
ε - диэлектрическая проницаемость;
μ - магнитная проницаемость;
η - поляризуемость (или вызванная электрохимическая активность);
α - естественная электрохимическая активность.
Важнейшим свойством в электроразведке является сопротивление, большинство методов электроразведки реагируют именно на это свойство.

Слайд 3

Удельное электрическое сопротивление
Горная порода это неоднородная среда. Она состоит из твердых

частиц (1), из влаги в трещинах и порах (2), и газов в трещинах и порах (3). Сопротивление твердых частиц во много раз больше, чем у воды в порах породы, поэтому электрический ток идет по поровой влаге. Газы (воздух) имеет очень высокое сопротивление. В некоторых редких случаях сопротивление твердой фазы очень небольшое, когда она сложены минералами с электронной проводимостью (как у металлов). Это самородные элементы: золото, серебро, медь, платина, графит; оксиды (магнетит), сульфиды (пирит, галенит). Минералов с электронной проводимостью: известно около 50 из общего списка из 3000 минералов (или 1.5%).

Слайд 4

Влияние пористости
Если сопротивление твердой фазы очень высокое, то оно мало влияет

на общее сопротивление породы. Влияет сопротивление воды, а оно зависит от солености поровой влаги и может меняться от 1 до 1000 Ом.м (основная единица измерения сопротивления). Кроме сопротивления воды влияет еще количество воды (оно зависит от пористости и влажности).
Влияние пористости было описано американским
геологом Арчи в 1942 г.

ρ = РП ρВ

, где РП = а / nm
а – структурный коэффициент (0.5-1),
n – коэффициент пористости,
m – показатель цементации или извилистости пор - tortuosity (1-2.5)

- зеленый - песок,
- синий - плотный песок,
- красный - песчаник

Больше пористость - меньше сопротивление

Слайд 5

Влияние влажности
Чем больше влажность, тем меньше сопротивление грунта, но есть еще

влияние литологии (состава) грунта. В песке все поры открытые, а в глине много закрытых пор. Поэтому в песке влажность меняется сильно, а в глине заметно слабее. На фото - высохшая поверхность глины (такыр), образуются трещины, но влажность меняется слабо. Между песком и глиной остальные грунты ведут себя как показано на рисунке.
Ниже УГВ грунты водонасыщены, выше УГВ - находятся в зоне аэрации. Выше УГВ находится зона капиллярного поднятия или капиллярная кайма, в ее пределах влажность меняется в 5 раз. Какая мощность капиллярной каймы? Зависит от типа грунта.

Слайд 6

Высота капиллярного поднятия или мощность капиллярной каймы

Слайд 7

Формула В.Н.Дахнова
РП – параметр пористости,
РВ – параметр влажности,
РГ –

параметр глинистости,
РТ – температурный параметр,
РЭ - параметр наличия электронных проводников
ρВ – сопротивление воды

ρ = РП · РВ · РГ · РТ · РЭ · ρВ

Важный фактор в формулах Арчи и Дахнова - это сопротивление воды. Сопротивление породы прямо пропорционально сопротивлению воды.

Слайд 8

Сопротивление воды от солености и от состава соли
Смена соли может до

30 раз поменять сопротивление при той же концентрации. Для более точных выводов надо интересоваться типом соли в поровой влаге пород.
До 5 г/л зависимость ρ обратно пропорциональна С. Потом будут отклонения, связанные с пределом растворимости.

Эта формула хорошая и плохая. Очень просто, легко запомнить. Только для NaCl и 20°С. Для солености ниже (меньше) 5 г/л.
Главное - измерять и знать сопротивление воды!

Слайд 9

Воды России
по И.Н.Модину

Слайд 10

Глинистость, как точная наука Палетка А.А.Рыжова
Палетка – это зависимость сопротивления грунта

(смеси песка и глины) и солености поровой влаги. Вверху – линия песка, внизу линия глины, синий пунктир – линия воды. Справа (при высокой минерализации) - двойной электрический слой ДЭС не работает и сопротивление определяется пористостью. Слева (пресные воды) - работает ДЭС – в песке он не влияет, а в глине – влияет. Сухая глина изолятор (!!!), но когда тонкие поры заполняет пресная вода, то сопротивление глины меньше сопротивления воды.

Слайд 11

Пористость зернистых грунтов
Зернистые (рыхлые) породы часто встречаются в верхней части разреза

-ВЧР. У них бывают поры сообщающиеся (эффективная пористость) или изолированные, открытые и закрытые. Глины – малая эффективная пористость, но высокая общая пористость (60%).

Объемная пористость – отношение объема пор к объему тела

Простейшая модель – сферические зерна одинакового размера

Укладка сферических частиц:
а) гексагональная - угол mpq = 60°; К = 25.95%
б) кубическая - угол mpq = 90°. К = 47.64%
Эти расчеты впервые сделаны Д.Максвеллом

Слайд 12

Пористость в двухкомпонентной модели А.А.Рыжова (песок и глина)
K = (Kпп -

Gv ) + Кпгл * Gv
при Gv < Кпп
К = Gv * Кпгл, при Gv > Кпп
К - коэф. пор. смеси
Кпп - коэф. пор. песка
Кпгл - коэф. пор. глины
Gv - объемное сод. глины

Слайд 13

Сопротивление от глинистости

Слайд 14

Глинистость
Классификация рыхлых грунтов по их глинистости (варианты)

Слайд 15

Зависимость УЭС от температуры
где ρt - удельное сопротивление при температуре t°C,

ρ18,20,25 - удельное сопротивление при температуре 18, 20, 25°C, α - температурный коэффициент, который для водных растворов NaCl в диапазоне температур от 0 до 50°C равен 0.026 (0.0177, 0.02, 0.025). Однотипно для воды и грунтов.

в области положительных значений t°C) имеет вид:

Формулы однотипны, но они не единственные, есть и другие.
σ=1/ρ

Слайд 16

Зависимость УЭС от температуры
Температура выше – сопротивление ниже, примерно 2% на

каждый градус. Переходить через ноль с этой формулой нельзя, там начинаются фазовые переходы. А так при изменении на 40 градусов температура меняется примерно вдвое.

Важный вывод: если сопротивление воды и грунта зависит от температуры, то надо ИЗМЕРЯТЬ температуру при работах в поле и ЗАПИСЫВАТЬ!

Слайд 17

Зависимость УЭС от температуры при замерзании горных пород
>50% территории России находится

в зоне многолетней мерзлоты.
Песок меняет свое сопротивление при замерзании в 100-1000 раз.

Слайд 18

Удельное электрическое сопротивление горных пород
R = ρ · l / s

Как его измерить?

Образец - идеальный цилиндр (или идеальный куб)

Слайд 19

Измерение сопротивления в небольшом резистивиметре
Сложная форма, не куб и не цилиндр,

но сосуд можно калибровать (объем всего 200 мл). Удобно для рыхлых грунтов.

Слайд 20

Такие резистивиметры можно найти и купить в России

Слайд 21

Таблица электрических свойств воды предельно допустимых для человека и животных
Из книги

Dr. R. I. Acworth. Electrical methods in groundwater studies, Университет Нового Южного Уэльса, Австралия.

Слайд 22

Подавляющее большинство рудных минералов обладает высокой проводимостью (электронной), только их

мало.
Магматические и галогенные породы имеют очень высокие сопротивления (малая пористость)
- Сопротивление терригенных пород возрастает по мере уменьшения глинистости
Нефть, бурый и каменный уголь имеют высокие сопротивления, а антрацит и графит являются хорошими проводниками (электронная проводимость)
Эта таблица не имеет указаний на влажность и соленость, которые могут заметно изменить свойства

УЭС горных пород

Слайд 23

Области высокой эффективности электроразведки (контраст)
Поиски и разведка руд (электронные проводники)
Картирование глин

(за счет прочносвязанной воды)
Исследование мерзлоты (лед - очень высокое ρ)
Разведка месторождений антрацита (низкое ρ)
Инспекция химически загрязненных участков (влага с иной соленостью)
Обследование трубопроводов (металл)
Поиски геотермальных источников (температура)

Слайд 24

Диэлектрическая проницаемость
Диэлектрическая проницаемость ε показывает во сколько раз уменьшается сила взаимодействия

электрических зарядов при переносе их из вакуума в данную среду
ε = ε0 εотн
ε0= 1/(36 π) 10-9 Ф/м

Слайд 25

Относительная диэлектрическая проницаемость породообразующих минералов

Слайд 26

Таблица диэлектрической проницаемости горных пород
1 – сухие породы 2 - естественная

влажность
3 – полное насыщение 4 - вода

Слайд 27

Когда влияет ε?
Волновое число, комплексная величина, состоит из двух частей, в

одну входит σ, в другую ε. Первая часть связана с токами проводимости, вторая с токами смещения.

Соотношение этих токов меняется с частотой. На низких частотах преобладают токи проводимости, на высоких - токи смещения. Распространение энергии на высокой частоте связано с токами смещения.

Соотношение этих токов зависит от частоты и от сопротивления среды (или проводимости). Георадар работает

при преобладании токов смещения. Частота больше 10 - 100 МГц. На таких высоких частотах влияет ε и ее можно определить.

Слайд 28

Естественная поляризация горных пород. Естественная электрохимическая активность α
В первом предложении обозначено

явление, а во втором - свойство. Эти понятия используются в методе естественного электрического поля (ЕП). Данное поле возникает под влиянием трех процессов в земле: окислительно-восстановительном (ОВ), диффузионно-адсорбционном (ДА) и фильтрационном (Ф). Важно отметить, что естественное поле порождается процессами (а не свойствами)! Когда есть процесс, возникает аномалия ЕП, процесс отсутствует или заканчивается, аномалия отсутствует.

Слайд 29

Окислительно-восстановительные потенциалы
Верхняя часть рудного тела в зоне окисления заряжается отрицательно
Нижняя часть

рудного тела в зоне восстановления заряжается положительно
На поверхности наблюдается отрицательная аномалия ЕП
Максимальная ОВ аномалия - 1200 мВ по теории Сато и Муни (1960), основная причина перепад pH.

Слайд 30

Происхождение диффузионно –адсорбционных потенциалов
Ионы, имеющие разные заряды и размеры, движутся

с разной скоростью (подвижностью).
В результате адсорбции (прилипание к стенкам капилляров) часть ионов теряет свою подвижность.
Почему движутся ионы: из области с избытком в область с недостатком.

Слайд 31

Происхождение фильтрационных потенциалов
При движении воды по тонким капиллярам происходит деформация двойного

электрического слоя
Формула Гельмгольца
Чем выше сопротивление воды (меньше минерализация – шире двойной слой), тем больше потенциалы фильтрации

Слайд 32

Заключение по методу ЕП
Метод ЕП - самый старый метод электроразведки. В

первый период метод применяли для поиска массивных руд металлов, с середины 20 века началось изучение зон фильтрации воды, сейчас поиск руд не столь востребован, а изучение фильтрации применяется все чаще.
Диффузионно-адсорбционные поля существуют как явление, но при наземных работах они интереса не представляют, а вот при каротаже скважин их используют широко.

Слайд 33

Вызванная электрохимическая активность или поляризуемость η
Это свойство применяется в методе вызванной

поляризации (ВП). Возникает в неоднородных средах, сильнее, когда в породе есть минералы с электронной проводимостью. Явление похоже на зарядку конденсатора или аккумулятора, при пропускании тока запасается энергия, после выключения тока происходит разрядка. Мера поляризуемости
ηK = (dUВП / dUПР) 100% - отношение сигнала после выключения тока к сигналу в момент пропускания тока.
А. Слабые аномалии < 3%
Б. Средние 3 - 5%
В. Сильные > 5%
А - безрудные, Б-В - рудные.

Слайд 34

Магнитная проницаемость горных пород
B = μ H
В – магнитная индукция -

реальная сила, которая производит ЭДС или отклоняет магнит
Н – магнитное поле - это поле, которое производит электрический ток при перемещении зарядов
μ = μотн μ0 = (1+κ) μ0
κ - магнитная восприимчивость 10-5 - 10-3
Для большинства горных пород μ = μ 0 = 4π 10-7 Гн/м
Для магнитных руд μ отн =1.5 - 3.5
Для магистральных трубопроводов μ отн 500 – 2000
Это свойство на практике используется редко, чаще всего для горных пород μОТН=1

Слайд 35

Магнитная восприимчивость - κ
μ = μотн μ0 = (1+κ) μ0, κ

- 10-5 - 10-3 от μ0
κ изучают в магниторазведке, в электроразведке иногда тоже.

Переносной каппаметр
КМ-7

Чешский измеритель κ большого размера

GEM-2 (США) для ДИП и магн. восприимч. от Geophex. Измеряет σ и κ

Геофизические методы исследования Модуль Электроразведка

Содержание

Свойства пород Аномалии в электроразведке возникают под влиянием различий в электрических свойствах

Удельное электрическое сопротивлениеГорная порода это неоднородная среда. Она состоит из твердых

Влияние пористостиЕсли сопротивление твердой фазы очень высокое, то оно мало влияет

Влияние влажностиЧем больше влажность, тем меньше сопротивление грунта, но есть еще

Высота капиллярного поднятия или мощность капиллярной каймы

Формула В.Н.ДахноваРП – параметр пористости, РВ – параметр влажности, РГ –

Сопротивление воды от солености и от состава солиСмена соли может до

Воды Россиипо И.Н.Модину

Глинистость, как точная наука Палетка А.А.РыжоваПалетка – это зависимость сопротивления грунта

Пористость зернистых грунтовЗернистые (рыхлые) породы часто встречаются в верхней части разреза

Пористость в двухкомпонентной модели А.А.Рыжова (песок и глина)K = (Kпп -

Сопротивление от глинистости

ГлинистостьКлассификация рыхлых грунтов по их глинистости (варианты)

Зависимость УЭС от температурыгде ρt - удельное сопротивление при температуре t°C,

Зависимость УЭС от температурыТемпература выше – сопротивление ниже, примерно 2% на

Зависимость УЭС от температуры при замерзании горных пород>50% территории России находится

Удельное электрическое сопротивление горных породR = ρ · l / s

Измерение сопротивления в небольшом резистивиметреСложная форма, не куб и не цилиндр,

Такие резистивиметры можно найти и купить в России

Таблица электрических свойств воды предельно допустимых для человека и животныхИз книги